RU2551118C1 - Pulse voltage source - Google Patents
Pulse voltage source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551118C1 RU2551118C1 RU2014121677/07A RU2014121677A RU2551118C1 RU 2551118 C1 RU2551118 C1 RU 2551118C1 RU 2014121677/07 A RU2014121677/07 A RU 2014121677/07A RU 2014121677 A RU2014121677 A RU 2014121677A RU 2551118 C1 RU2551118 C1 RU 2551118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- unit
- input
- load
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначена для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием.The invention relates to electrical engineering and to pulsed power electronics, in particular to DC-to-AC converters - inverters and voltage regulators, and is intended for use in autonomous power supply systems and in electric drives of advanced aerospace aircraft with predominantly or fully electrified drive equipment.
Известен способ импульсного преобразования постоянного напряжения (аналог), при котором увеличение энергии дозирующего двухобмоточного дросселя производится на этапе замкнутого состояния регулирующего ключа от источника питания, а на этапе разомкнутого его состояния указанная энергия частично или полностью передается в нагрузку через обратно включенный выпрямительный диод [Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразования напряжения в устройствах электропитания РЭА. - М.: Радио и связь, 1989 г., стр.61, 67, 68].A known method of pulsed DC voltage conversion (analogue), in which the energy of the metering double-winding inductor is increased at the stage of the closed state of the control key from the power source, and at the stage of its open state, this energy is partially or completely transferred to the load through the back-switched rectifier diode [Polikarpov A .G., Sergienko E.F. Single-ended voltage conversions in REA power supply devices. - M .: Radio and communications, 1989, p. 61, 67, 68].
Недостатками данного способа (аналога) являются пониженная эффективность преобразования из-за значительных потерь в двухобмоточном дросселе, так как мощность преобразования обеспечивается только пульсацией электромагнитной энергии - этого основного компонента, и частотой преобразования, и большая величина напряжения на разомкнутом регулирующем ключе, превышающая напряжение питания, с дополнительным коммутационным выбросом из-за индуктивности рассеяния обмотки дозирующего дросселя и резким набросом тока в дополнительный диод, а также трудность обеспечения безопасной траектории коммутации транзисторного ключа. Это приводит к необходимости завышения установочной мощности силового ключа и дозирующего дросселя для получения необходимой надежности, что вызывает ухудшение энергетических, массогабаритных и экономических показателей преобразователя.The disadvantages of this method (analogue) are the reduced conversion efficiency due to significant losses in the double-winding inductor, since the conversion power is provided only by the pulsation of electromagnetic energy - this main component, and the conversion frequency, and a large voltage on an open control key that exceeds the supply voltage, with an additional switching surge due to the inductance of scattering of the metering inductor winding and a sharp surge of current into the additional diode, and that also the difficulty of providing a safe switching path for the transistor switch. This leads to the need to overestimate the installation power of the power switch and the metering choke to obtain the necessary reliability, which causes a deterioration in the energy, weight, size and economic performance of the converter.
Известен способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его реализации (прототип) [Патент на изобретение РФ №2125334. Способ обратноходового импульсного преобразования постоянного напряжения. Кабелев Б.В., Бюл. 2 от 20.01.99 г.].A known method of pulsed DC voltage conversion and a device for its implementation (prototype) [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2125334. Method of flyback pulsed DC voltage conversion. Kabelev B.V., Bull. 2 dated January 20, 1999].
Недостатком указанных известных способа импульсного преобразования постоянного напряжения и устройства для его реализации являются его узкие функциональные возможности, а именно неспособность получения выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной.The disadvantage of these known methods of pulsed DC voltage conversion and a device for its implementation are its narrow functional capabilities, namely the inability to obtain an output voltage with an arbitrarily set periodically-continuous form, in particular sinusoidal.
Известен способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его осуществления [Патент на изобретение РФ №2510871., Кабелев Б.В., Бюл. 2 от 20.01.99 г.]. Данный импульсный преобразователь постоянного напряжения позволяет получать на нагрузке напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной.A known method of pulsed DC voltage conversion and a device for its implementation [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2510871., Kabelev B.V., Bull. 2 dated January 20, 1999]. This pulsed DC-DC converter allows you to receive voltage on the load with an arbitrarily set periodically-continuous form, in particular sinusoidal.
Недостатком этих способа импульсного преобразования постоянного напряжения и устройства для его осуществления является требования использования первичного источника напряжения со средней точкой, низкая нагрузочная способность (сильное влияние величины сопротивления нагрузки на величину выходного напряжения), сложность схемы управления ключевыми транзисторами (включенными по полумостовой схеме) в режиме широтно-импульсной модуляции по сигналу обратной связи с датчика напряжения на нагрузке, подключенной к средней точке первичного источника напряжения.The disadvantage of this method of pulsed DC voltage conversion and the device for its implementation is the requirement to use a primary voltage source with a midpoint, low load capacity (strong influence of the load resistance value on the output voltage value), the complexity of the key transistor control circuit (turned on by a half-bridge circuit) in the mode pulse-width modulation by a feedback signal from a voltage sensor at a load connected to the midpoint of the primary voltage source.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым и достигаемому эффекту (нагрузочная способность) является импульсный источник напряжения (Б.Ю. Семенов. Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 179 с.), содержащий нагрузку, первую и вторую входные клеммы, а также первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно - емкостной фильтр Г-образного типа, выход которого соединен с первой выходной клеммой, к которой подсоединен также первый вывод резистивного датчика выходного напряжения, блок опорного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, при этом первый вывод ключевого транзистора соединен с первой входной клеммой, второй вывод ключевого транзистора соединен с выводом индуктивности и катодом разрядного диода, анод которого соединен с выводом конденсатора, второй входной клеммой и вторым выводом резистивного датчика выходного напряжения, третий вывод которого соединен с первым входом блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения, второй вход блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения соединен с выходом блока опорного напряжения, причем выход блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения соединен с входом блока управления ключевым транзистором, а выход блока управления ключевым транзистором соединен с входом управления ключевого транзистора. Этот импульсный источник напряжения имеет жесткую нагрузочную характеристику и простую схему реализации его, но недостатком его являются узкие функциональные возможности, а именно неспособность получения выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной.The closest in technical essence to the proposed and achieved effect (load capacity) is a pulsed voltage source (B.Yu. Semenov. Power electronics: from simple to complex. - M .: SOLON-Press, 2005. - 179 p.), Containing load, the first and second input terminals, as well as the first and second output terminals, a key transistor, inductance, a discharge diode, a capacitor forming an in-capacitive L-shaped filter with inductance, the output of which is connected to the first output terminal, to which it is also connected e the first output of the resistive output voltage sensor, the reference voltage unit, the unit for comparing the sensor voltage with the voltage of the reference voltage unit and the key transistor control unit, the first output of the key transistor connected to the first input terminal, the second output of the key transistor connected to the inductance terminal and the discharge cathode a diode, the anode of which is connected to the output of the capacitor, the second input terminal and the second output of the resistive output voltage sensor, the third output of which is connected to the first input of the unit for comparing the sensor voltage with the voltage of the reference voltage unit, the second input of the unit for comparing the sensor voltage with the voltage of the reference voltage unit is connected to the output of the reference voltage unit, and the output of the unit for comparing the sensor voltage with the voltage of the reference voltage unit is connected to the input of the key transistor control unit, and the output of the key transistor control unit is connected to the control input of the key transistor. This pulsed voltage source has a rigid load characteristic and a simple circuit for its implementation, but its drawback is its narrow functionality, namely the inability to obtain an output voltage with an arbitrarily set periodically-continuous shape, in particular sinusoidal.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для его реализации, а именно получение выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной при сохранении свойств простоты схемной реализации его и жесткой нагрузочной характеристики.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device for its implementation, namely, to obtain an output voltage with an arbitrarily set periodically-continuous shape, in particular sinusoidal while maintaining the simplicity of its circuit implementation and hard load characteristics.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что известный импульсный источник напряжения, содержащий нагрузку, первую и вторую входные клеммы, а также первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г - образного типа, выход которого соединен с первой выходной клеммой, к которой подсоединен также первый вывод резистивного датчика выходного напряжения, блок опорного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, при этом первый вывод ключевого транзистора соединен с первой входной клеммой, второй вывод ключевого транзистора соединен с выводом индуктивности и катодом разрядного диода, анод которого соединен с выводом конденсатора, второй входной клеммой и вторым выводом резистивного датчика выходного напряжения, третий вывод которого соединен с первым входом блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения, второй вход блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения соединен с выходом блока опорного напряжения, причем выход блока сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения соединен с входом блока управления ключевым транзистором, а выход блока управления ключевым транзистором соединен с входом управления ключевого транзистора, дополнительно снабжен блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом первый вход этого блока соединен со вторыми входной и выходной клеммами, второй вход этого блока соединен первой выходной клеммой, а первый и второй выходы этого блока соединены с нагрузкой, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке, а импульсный источник напряжения выполнен с возможностью создания произвольно задаваемой периодически-непрерывной формы напряжения на выходе его и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой напряжения с моментами времени переключения направления тока в нагрузке.The specified technical result is ensured due to the fact that the known switching voltage source containing the load, the first and second input terminals, as well as the first and second output terminals, a key transistor, inductance, a discharge diode, a capacitor, forming an inductance-capacitive filter of an L-shaped filter type, the output of which is connected to the first output terminal, to which the first output of the resistive output voltage sensor, the reference voltage unit, the sensor voltage comparison unit are also connected with the voltage of the reference voltage unit and the control unit of the key transistor, while the first output of the key transistor is connected to the first input terminal, the second output of the key transistor is connected to the inductance terminal and the cathode of the discharge diode, the anode of which is connected to the output of the capacitor, the second input terminal and the second output of the resistive output voltage sensor, the third output of which is connected to the first input of the unit for comparing the sensor voltage with the voltage of the reference voltage unit, the second input of the comparison unit the voltage of the sensor with the voltage of the reference voltage unit is connected to the output of the reference voltage unit, the output of the unit for comparing the voltage of the sensor with the voltage of the reference voltage unit is connected to the input of the control unit of the key transistor, and the output of the control unit of the key transistor is connected to the control input of the key transistor, it is additionally equipped with a change unit the direction of the current in the load, while the first input of this block is connected to the second input and output terminals, the second input of this block is connected to the first th output terminal, and the first and second outputs of this block are connected to the load, while the block is configured to change the direction of the current in the load, and the pulsed voltage source is configured to create an arbitrary periodically-continuous voltage shape at its output and the possibility of synchronizing time instants a kink in the voltage curve with time instants of switching the direction of current in the load.
В предлагаемом импульсном источнике напряжения возможность создания произвольно задаваемой периодически-непрерывной формы напряжения на выходе его обеспечивается путем введения в цепь обратной связи от отдельного внешнего блока внешнего сигнала управления формой выходного напряжения импульсного источника. При этом т.к. импульсный источник напряжения это система с автоматической регулировкой выходного напряжения импульсного источника напряжения, то любые сигналы внешнего блока она будет отрабатывать путем увеличения или уменьшения выходного напряжения импульсного источника так, чтобы всегда напряжение обратной связи было равно опорному напряжению. Причем если внешний сигнал увеличивается, то выходное напряжение уменьшается и наоборот. Внешний сигнал этот может быть произвольно задаваемой периодически-непрерывной формы, например модуль функции синуса. В рассматриваемом варианте выходное напряжение импульсного источника будет однополярным пульсирующим по закону внешнего сигнала напряжением, по форме воспроизводящим модуль функции синуса. Для получения действительно переменного напряжения по функции синуса необходимо в определенные моменты времени (когда выходное напряжение импульсного источника близко к нулю) принудительно изменять направление тока в нагрузке на противоположное. При синхронизации моментов времени излома кривой напряжения с в моментами времени переключения направления тока в нагрузке в ней будет получаться переменный ток. Функции изменения направления тока в нагрузке выполняет блок изменения направления тока в нагрузке под управлением сигналов синхронизации внешнего блока произвольно задаваемой периодически-непрерывной формы внешнего сигнала. Этот блок введен в импульсный источник напряжения.In the proposed pulsed voltage source, the possibility of creating an arbitrary periodically continuous form of voltage at the output thereof is provided by introducing into the feedback circuit from a separate external unit an external signal to control the shape of the output voltage of the pulse source. Moreover, since a switching voltage source is a system with automatic adjustment of the output voltage of a switching voltage source, it will process any signals of an external unit by increasing or decreasing the output voltage of a switching source so that the feedback voltage is always equal to the reference voltage. Moreover, if the external signal increases, the output voltage decreases and vice versa. This external signal can be of an arbitrary periodically continuous form, for example, the sine function module. In this embodiment, the output voltage of the pulsed source will be a unipolar voltage pulsating according to the law of an external signal, which in shape will reproduce the sine function module. To obtain a truly variable voltage by the sine function, it is necessary at certain times (when the output voltage of the pulsed source is close to zero) to force the current direction in the load to be reversed. When synchronizing the time points of the kink of the voltage curve with the time points of switching the direction of the current in the load, an alternating current will be obtained in it. The function of changing the direction of the current in the load is performed by the unit for changing the direction of the current in the load under the control of the synchronization signals of the external block of an arbitrary periodically-continuous form of the external signal. This unit is inserted into a pulsed voltage source.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого импульсный источник напряжения.Figure 1 shows a diagram of the proposed switching voltage source.
На фиг.2 приведена схема генератора напряжения синусоидальной формы.Figure 2 shows a diagram of a voltage generator sinusoidal shape.
На фиг.3 приведена схема управления ключами блока изменения направления тока в нагрузке.Figure 3 shows a key management diagram of a unit for changing the direction of current in a load.
На фиг.4 приведены диаграммы изменения напряжений и токов схем по фиг.1.Figure 4 shows diagrams of changes in voltage and current circuits of figure 1.
Устройство по фиг.1 содержит источник постоянного напряжения, выполненный в виде аккумуляторной батареи АКБ, образованной набором батарей Б1-Б6, соединенных последовательно. Батарея АКБ имеет положительный полюс 1 и отрицательный полюс 2. Импульсный источник напряжения имеет первую 3 и вторую 4 входные клеммы, а также первую 5 и вторую 4 выходные клеммы. Первая входная клемма 3 соединена с положительным полюсом 1 аккумуляторной батареи АКБ. Вторые входная и выходная клеммы соединены между собой, обозначены на фиг. 1 как общая клемма 4 и соединены с отрицательным полюсом 2 АКБ.The device of figure 1 contains a constant voltage source, made in the form of a rechargeable battery battery formed by a set of batteries B1-B6 connected in series. The battery of the battery has a positive pole 1 and a negative pole 2. The pulse voltage source has a first 3 and a second 4 input terminals, as well as a first 5 and a second 4 output terminals. The first input terminal 3 is connected to the positive terminal 1 of the battery. The second input and output terminals are interconnected, indicated in FIG. 1 as a common terminal 4 and connected to the negative terminal 2 of the battery.
Импульсный источник напряжения 6 снабжен блоком 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника напряжения 6. Вход 8 импульсного источника напряжения 6 соединен с клеммой 4, выход 9 импульсного источника напряжения соединен с клеммой 5, а вход 10 регулировки напряжения импульсного источника напряжения соединен с выходом 11 блока 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника 6. Вывод 12 общего провода источника 6 соединен с выходом 13 общего провода блока 7, выводом 14 общего провода и с отрицательным полюсом 2 аккумуляторной батареи АКБ.The
Импульсный источник напряжения 6 содержит монолитную интегральную микросхему 15, например МАХ724 или LM2596, разрядный диод VD1, фильтр L1C1, и датчик выходного напряжения Uвых, выполненный в виде резистивного делителя, образованного постоянным резистором R2, подстроечным резистором R3 и постоянным резистором R4. Интегральная микросхема 15 содержит составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2, блок 16 управления ключевым, выполненный в виде контроллера формирования импульсов широтно-импульсной модуляции PWM, генератор 17 частоты преобразования, генератор 18 опорного напряжения Uref и усилитель 19 сигнала рассогласования, инвертирующий вход 20 которого соединен с ползунком подстроенного резистора R3 датчика выходного напряжения Uвых.The
Блок 21 изменения направления тока в первичной обмотке W1 трансформатора Т1 содержит четыре полевых транзистора VT3-VT6, включенных по мостовой схеме. Нагрузка в виде резистора R1 подключена в диагональ моста к точкам 22, 23, которые являются выходами блока 21. В блоке 21 имеется схема 24 управления транзисторами VT3-VT6. Затворы полевых транзисторов VT3-VT6 подключены к выходам 25-28 подачи на затворы сигналов управления транзисторами VT3-VT6. Вход 29 блока 24 используется для синхронизации процесса коммутации транзисторов VT3-VT6, сигналами поступающими с выхода 30 блока 7 на вход 31 блока 21 и далее на вход 32 блока 24.Block 21 changes the direction of the current in the primary winding W1 of the transformer T1 contains four field-effect transistors VT3-VT6, connected by a bridge circuit. The load in the form of a resistor R1 is connected in the diagonal of the bridge to points 22, 23, which are the outputs of block 21. In block 21 there is a
На мост из транзисторов VT3-VT6 подается питание от АКБ и импульсного источника 6, при этом истоки транзисторов VT4, VT6 соединены с общим выводом 14 и полюсом 2 АКБ через вход 33 блока 21, стоки транзисторов VT3, VT5 соединены с клеммой 5 и выводом 9 выходного напряжения Uвых импульсного источника 6 через вход 34 блока 21.The bridge from transistors VT3-VT6 is powered by a battery and a
На вход 29 схемы 24 через вход 35 блока 21 с выхода 11 блока 7 подаются сигналы управления транзисторами транзисторов VT3-VT6.The
Аноды диодов VD2, VD3 соединены соответственно с выходами 22, 23 блок 21, а катоды диодов VD2, VD3 соединены выходом 36 и далее с клеммой 3 и положительным полюсом 1 АКБ.The anodes of the diodes VD2, VD3 are connected respectively to the outputs 22, 23 of the block 21, and the cathodes of the diodes VD2, VD3 are connected by the output 36 and further to terminal 3 and the positive pole 1 of the battery.
Блок 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника 6 выполнен виде генератора функции модуля синусоидального напряжения (ГСН), выход 11 которого через резистивный делитель R2-R4 соединен с входом 10 регулировки напряжения импульсного источника 6. Выход 13 блока 7 с общим проводом 12 источника напряжения 6.
Блок-схема ГСН приведена на фиг.2. Генератор синусоидального напряжения (ГСН) блока 7 выполнен на микропроцессоре D1 и цифроаналоговом преобразователе D2. Функция модуля синусоидального напряжения в цифровом виде сформирована с помощью программных средств микропроцессора и через цифровой канал А микропроцессора D1 передается цифроаналоговый преобразователь D2, на выходе которого образуется аналоговый вид функции модуля синусоидального напряжения как показано на диаграмме а) фиг.2. Одновременно микропроцессор D1 программно формирует синхроимпульсы и через канал В предает их на выход 30 блока 7. Передние фронты этих синхроимпульсов совпадают с точками излома на кривых функция модуля синусоидального напряжения.The block diagram of the seeker is shown in figure 2. The sinusoidal voltage generator (GOS) of
Схема 24 управления транзисторами VT3-VT6 блока 21 приведена на фиг.3 и содержит дифференцирующую цепочку, состоящую из конденсатора C3, операционного усилителя D3 резистором R10 обратной связи, диода VD4, D-триггера DDI и двух полумостовых драйверов DD2, DD3 верхнего и нижнего плеча.The
На диаграммах а), б), в), г), д) фиг.3 показаны формы импульсов в точках схемы, указанных стрелками.Diagrams a), b), c), d), e) of Fig. 3 show the pulse shapes at the points of the circuit indicated by arrows.
На диаграмме фиг.4: Т - период следования импульсов синусоидального напряжения, U11 - напряжение на выходе 11 генератора синусоидального напряжения ГСН блока 7 (выход 11 блока 7), U9 - напряжение на выходе 9 импульсного источника напряжения 6, Uобр - напряжение обратной связи на входе 20 интегральной микросхемы 15, U30 - напряжение синхронизации на выходе 30 блока 7, UVT6 - напряжение на затворах транзисторов VT3, VT6, UVT4 - напряжение на затворах транзисторов VT4, VT5, UVD2 - напряжение на аноде VD2, UVD3 - напряжение на аноде VD3, UR1 - напряжение на резисторе R1, выполняющем функции активной нагрузки потребителя.In the diagram of Fig. 4: T is the pulse repetition period of the sinusoidal voltage, U 11 is the voltage at the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Вначале рассмотрим кратко стандартный процесс работы импульсного источника напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7. (см., например, Б.Ю. Семенов. Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 179 с.).First, we consider briefly the standard process of operating a
При подаче напряжения Uвх от аккумулятора АКБ на входы 4 и 8 задающий генератор 17 формирует импульсы напряжения пилообразной формы частотой, например, 100 кГц (период 10 мкс). Сигнал обратной связи, снимающийся в виде напряжения Uобр, с датчика выходного напряжения Uвых, выполненного в виде резистивного делителя R2, R3, R4, подается на инвертирующий вход усилителя 19 сигнала рассогласования и сравнивается с опорным напряжением генератора 18 опорного напряжения Uref. Блок 16 управления ключевым транзисторами формирует прямоугольные импульсы широтно-импульсной модуляции PWM из сигнала пилообразной формы генератора 17 и передает их на выход 22, которыми составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2 открывается на промежуток времени t0. Длительность t0 этих прямоугольных импульсов зависит от соотношения величин напряжений Uref и Uобр. Если Uref больше Uобр, то усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на включение составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Как только Uref станет меньше или равно Uобр, усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на выключение составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. В течение времени t0 (когда составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2 открыт) конденсатор С1 заряжается через индуктивность L1. Выходное напряжение Uвых и напряжение Uобр обратной связи увеличиваются. Величина Uобр связана с величиной Uвых соотношением:When applying voltage U in from the battery of the battery to the inputs 4 and 8, the master oscillator 17 generates voltage pulses of a sawtooth shape with a frequency of, for example, 100 kHz (period of 10 μs). The feedback signal, taken in the form of voltage U arr , from the output voltage sensor U o , made in the form of a resistive divider R2, R3, R4, is fed to the inverting input of the error signal amplifier 19 and is compared with the reference voltage of the reference voltage generator 18 U ref . The key transistor control unit 16 generates rectangular pulse-width modulation pulses PWM from the sawtooth signal of the generator 17 and transfers them to output 22, by which the composite bipolar key transistor VT1-VT2 opens for a period of time t 0 . The duration t 0 of these rectangular pulses depends on the ratio of the voltages U ref and U arr . If U ref is greater than U arr , then the amplifier 19 at the input 23 of block 16 generates a signal to turn on the composite bipolar key transistor VT1-VT2. As soon as U ref becomes less than or equal to U arr , the amplifier 19 at the input 23 of block 16 generates a signal to turn off the composite bipolar key transistor VT1-VT2. During time t 0 (when the composite bipolar key transistor VT1-VT2 is open), the capacitor C1 is charged through the inductance L1. The output voltage U o and the voltage U arr feedback increase. The value of U arr associated with the value of U o the ratio:
где φ и n - соответственно, угол поворота и число полных оборотов ползунка подстроечного резистора R3.where φ and n are, respectively, the rotation angle and the number of full revolutions of the slider of the tuning resistor R3.
Как только величина Uобр будет равна или больше опорного напряжения Uref блока 18, усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал закрытия составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. При этом индуктивность L1 через разрядный диод VD2 отдает запасенную энергию конденсатору С1, а последний при закрытом ключевом транзисторе VT1-VT2 разряжается на нагрузку R1. Выходное напряжение Uвых и напряжение Uобр обратной связи уменьшаются. Как только величина Uобр будет меньше опорного напряжения Uref блока 18 усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на открытие составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Конденсатор C1 заряжается через индуктивность L1, процесс работы импульсного источника напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7 многократно повторяется по описанной выше процедуре. В данном режиме работы импульсный источник напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7 выполняет функции автоматического стабилизатора напряжения Uвых при любых изменениях напряжения Uвх от аккумулятора АКБ на входах 4 и 8. Это общепринятый, стандартный режим автоматической регулировки напряжения Uвых импульсного источника напряжения 6 в отсутствие внешних сигналов с блока 7.As soon as the value of U arr is equal to or greater than the reference voltage U ref of block 18, the amplifier 19 at the input 23 of block 16 generates the closing signal of the composite bipolar key transistor VT1-VT2. In this case, the inductance L1 through the discharge diode VD2 gives the stored energy to the capacitor C1, and the latter, when the key transistor VT1-VT2 is closed, is discharged to the load R1. The output voltage U o and the voltage U ar feedback are reduced. As soon as the value of U arr is less than the reference voltage U ref of block 18, the amplifier 19 at the input 23 of block 16 generates a signal to open the composite bipolar key transistor VT1-VT2. The capacitor C1 is charged through the inductance L1, the operation of the
Для решения поставленной в предлагаемом изобретении технической задачи импульсный источник напряжения 6 используется в режиме автоматической регулировки напряжения Uвых под воздействием внешних сигналов с блока 7.To solve the technical problem posed in the present invention, a
Импульсы синусоидального напряжения, по форме воспроизводящие модуль функции синуса и образующиеся на выходе генератора ГСН (см. фиг.2.), выделяются на выводе 11 блока 7 и имеют вид, приведенный на фиг.4, график U11(t).The impulses of the sinusoidal voltage, in the form reproducing the modulus of the sine function and generated at the output of the GOS generator (see figure 2.), are highlighted at the
Зависимость U11(t) в течение каждого периода Т можно представить в виде:The dependence of U 11 (t) during each period T can be represented as:
где Т - период синусоиды, сек.where T is the period of the sine wave, sec.
Это напряжение складывается с напряжением на резисторах R3-R4 резистивного делителя R2-R4, а напряжение Uобр обратной связи будет в этом случае равно:This voltage is the sum of the voltage across the resistors R3-R4 of the resistive divider R2-R4, and the voltage U ar feedback will then be equal to:
где U0 - величина напряжения на резисторе R4 в момент времени t=0.where U 0 is the voltage across resistor R4 at time t = 0.
С помощью подстроечного резистора R11 величину U0 устанавливают равной Uref. В этом случае в процессе работы импульсного источника напряжения 6 в момент времени t=0 Uобр больше или равно Uref блока 18. Усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал закрытия составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Величина напряжения Uвых равна ли близка к нулю, т.к величина Uобр образуется за счет внешнего напряжения U11(t), равного при t=0 U0, т.е. Uref. С течением времени t величина U11(t) уменьшается. Уменьшается и Uобр, а схема импульсного источника напряжения 6 отслеживает это уменьшение Uобр путем периодического отрывания составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2, увеличивая таким образом величину напряжения Uвых до тех пор пока Uобр не будет равно Uref при величине U11(t) в текущий момент времени t. Так как U11(t) уменьшается в течение первой половины периода Т то напряжение Uвых будет по синусу увеличиваться в течение первой половины периода Т, в течение второй половины периода Т U11(t) по синусу увеличивается при этом напряжение Uвых будет по синусу уменьшаться в течение второй половины периода Т.Using the trimmer resistor R11, the value of U 0 is set equal to U ref . In this case, during the operation of the
В течение периода Т напряжение Uвых в противофазе будет повторять напряжение U11(t) блока 7, по форме воспроизводящее модуль функции синуса (см. фиг.4, график U9). При этом Uобр в течение времени t не изменяется по величие, т.к. его изменения компенсируются за счет автоматического слежения за изменениями Uобр схемой импульсного источника напряжения 6 при изменениях напряжения U11(t) блока 7 (см. фиг.4, график U20).During the period T, the voltage U o out of phase will repeat the voltage U 11 (t) of
С выхода 9 импульсного источника напряжения 6 напряжение Uвых, по форме воспроизводящее модуль функции синуса, через клемму 5 и вход 34 блока 21 поступает на стоки транзисторов VT3, VT4.From the output 9 of the
Для образования в нагрузке R1 синусоиды схема 24 осуществляет каждый, например, четный период напряжения Uвых, изменение направления тока в нагрузке R1.To form a sinusoid in load R1,
С этой целью с выхода 11 блока 7 напряжение U11(t) подается на вход 29 схемы 24. Одновременно с выхода 30 блока 7 на вход 32 схемы 24 синхронизации блока 21 поступают импульсы синхронизации. Дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора С3, операционного усилителя D3 резистора R10 обратной связи и диода VD4, выделяет из импульсов, поступающих на вход 29 схемы 24, только фронты излома функции модуля синусоиды и предает их на информационный вход D D-триггера, находящегося в счетном режиме. При наличии на счетном входе С D-триггера счетного импульса, поступающего с выхода 30 блока 7, D-триггер переключается из одного состояния в другое, например из состояния с высоким уровнем напряжения на выходе Q и низким уровнем напряжения на инвертирующем выходе Q D-триггера в состояние с низким уровнем напряжения на выходе Q и высоким уровнем напряжения на инвертирующем выходе Q.To this end, from the
При поступлении следующих импульсов на входы D и С состояние D-триггера изменится на противоположное. Длительность импульсов на выходе Q и инвертирующем выходе Q D-триггера равна периоду Т следования импульсов модуля функции синуса (см. фиг.4, график U9) на выходе 11 блока 7 (см. фиг.4, график U11). Передние и задние фронты этих импульсов совпадают с моментами изломов кривой выходного напряжения Uвых на выходе 9 источника 6 (см. фиг.4, графики UVT4 и UVT6). Эти импульсы через драйверы DD3 и DD4 с выходов 25, 26, 27. 28 подаются соответственно на затворы транзисторов VT3, VT4, VT5, VT6, поочередно включая пары транзисторов VT3, VT6 или VT4, VT5, см. фиг.4, графики UVT6 и UVT4. При этом форма напряжения на анодах диодов VD2, VD3 будет соответствовать форме напряжения на выходе 9 импульсного источника напряжения 6 (на VD2 нечетные полуволны напряжения, a VD3 четные полуволны напряжения Uвых), а ток в нагрузке R1 будет иметь синусоидальную форму. Форма напряжения на резисторе R1 приведена на фиг.4, график UR1(t).Upon receipt of the following pulses at the inputs D and C, the state of the D-trigger will change to the opposite. The duration of the pulses at the output Q and the inverting output Q of the D-trigger is equal to the period T of the pulses of the sine function module (see Fig. 4, graph U 9 ) at the
Если нагрузка R1 имеет чисто индуктивный характер, то в моменты переключения пар транзисторов VT3, VT4 или VT5, VT6 на анодах диодов VD2, VD3 будут за счет ЭДС самоиндукции индуктивности R1 появляться броски напряжения и тока, которые в моменты закрытия транзисторов VT3 или VT5 открывают диод VD2 или VD3. через которые в эти моменты осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи АКБ (рекуперация энергии).If the load R1 is purely inductive, then at the moments of switching the pairs of transistors VT3, VT4 or VT5, VT6, voltage and current surges will appear on the anodes of the diodes VD2, VD3 due to the EMF of the inductance R1, which open the diode when the transistors VT3 or VT5 close VD2 or VD3. through which at these moments the battery of the battery is charged (energy recovery).
Наиболее эффективно предлагаемое устройство работает при φ=0. В этом случае ограничения формы напряжение Uвых (см. фиг.4, график U9) отсутствуют.The most effectively proposed device operates at φ = 0. In this case, there are no restrictions on the shape of the voltage U o (see Fig. 4, graph U 9 ).
Источники информацииInformation sources
1. Б.Ю. Семенов. Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 179 с.1. B.Yu. Semenov. Power electronics: from simple to complex. - M.: SOLON-Press, 2005 .-- 179 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121677/07A RU2551118C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Pulse voltage source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121677/07A RU2551118C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Pulse voltage source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2551118C1 true RU2551118C1 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=53294271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014121677/07A RU2551118C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Pulse voltage source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2551118C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202966U1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-03-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY |
RU2793569C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Ionization pulse generator |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1319188A1 (en) * | 1986-01-07 | 1987-06-23 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Voltage converter with proportional-current control |
RU2125334C1 (en) * | 1996-07-12 | 1999-01-20 | Борис Вениаминович Кабелев | Method for reverse pulsed conversion of dc voltage |
RU2216765C2 (en) * | 2001-10-25 | 2003-11-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Pulse voltage stabilizer |
CN103066867A (en) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 上海晶丰明源半导体有限公司 | Switch power supply constant current control circuit and method of internally-arranged wire voltage compensating circuit |
RU2510871C1 (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation |
-
2014
- 2014-05-28 RU RU2014121677/07A patent/RU2551118C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1319188A1 (en) * | 1986-01-07 | 1987-06-23 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Voltage converter with proportional-current control |
RU2125334C1 (en) * | 1996-07-12 | 1999-01-20 | Борис Вениаминович Кабелев | Method for reverse pulsed conversion of dc voltage |
RU2216765C2 (en) * | 2001-10-25 | 2003-11-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Pulse voltage stabilizer |
RU2510871C1 (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation |
CN103066867A (en) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 上海晶丰明源半导体有限公司 | Switch power supply constant current control circuit and method of internally-arranged wire voltage compensating circuit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Б.Ю. СЕМЕНОВ, Силовая электроника от простого к сложному, Москва, СОЛОН - ПРЕСС, 2005, с. 179. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202966U1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-03-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY |
RU2793569C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Ionization pulse generator |
RU217706U1 (en) * | 2022-12-08 | 2023-04-13 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Марафон" (ООО "Марафон") | Multichannel high voltage power supply for photomultiplier tubes |
RU221476U1 (en) * | 2023-05-16 | 2023-11-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | ADJUSTABLE VOLTAGE STABILIZER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11349398B2 (en) | Switched mode power converter controller with ramp time modulation | |
US9787179B1 (en) | Apparatus and methods for control of discontinuous-mode power converters | |
CN102739018B (en) | Burst-mode operation of a switching converter | |
JP6706811B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system using the same | |
US20120286750A1 (en) | Switching regulators with adaptive clock generators and associated methods of control | |
US8411470B2 (en) | Synchronous rectification control device, method for synchronous rectification control, and insulated type switching power supply | |
US20120033453A1 (en) | Controller for a Resonant Switched-Mode Power Converter | |
US20140268894A1 (en) | Dc-dc converter | |
US7489530B2 (en) | High voltage full bridge circuit and method for operating the same | |
CN113383489A (en) | Bootstrap precharge circuit in totem-pole power factor correction converter | |
US20130307467A1 (en) | Power Converter Circuit | |
US9401634B2 (en) | Saturation prevention in an energy transfer element of a power converter | |
RU2551118C1 (en) | Pulse voltage source | |
JP2021170934A (en) | DC voltage conversion circuit | |
Jiang et al. | Constant burst frequency control for LLC converters with trajectory control | |
RU2510871C1 (en) | Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation | |
RU2453030C1 (en) | Transformerless power supply | |
RU2206166C2 (en) | Storage battery charging device | |
RU2806896C1 (en) | Boost voltage regulator for work with three-phase loads | |
RU2586251C2 (en) | Method and reverse device for conversion of energy of magnetic field of ferromagnetic core into thermal or electrical energy | |
US20240283376A1 (en) | Apparatus and method for bi-directional ac/dc power conversion | |
RU2742290C1 (en) | Two-stroke dc-dc converter with throttle in supply circuit | |
Zotov et al. | Controllable DC power exchange systems based on switching capacitors | |
RU137693U1 (en) | REVERSIBLE PULSE FREQUENCY CONVERTER | |
RU68807U1 (en) | AGREED FREQUENCY CONVERTER WITH INDIRECTLY EXPRESSED DC LINK AND RESONANT COMMUNICATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170529 |